姚應峰

摘 要：氫能源有軌電車是采用氫燃料電池作為動力源的有軌電車車輛，是未來發(fā)展的趨勢。首先，從供電制式、修程修制方面分析氫能源有軌電車的特點;然后，針對這些特點，分析氫能源有軌電車車輛段的功能、運用檢修工藝流程;最后，研究車輛段主要生產(chǎn)設(shè)施如停車列檢庫、月檢庫、定臨修庫和加氫站的任務(wù)及工作范圍與配置，為類似項目工藝設(shè)計提供參考。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;氫能源有軌電車;車輛段;工藝設(shè)計;修程修制;加氫站

中圖分類號：U279

1 概述

現(xiàn)代有軌電車是一種中低運量的軌道交通制式，具有轉(zhuǎn)彎半徑小、爬坡能力強、可與市政交通共享路權(quán)、車輛載客量大、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，近年來發(fā)展迅速。截至2019年6月，我國現(xiàn)代有軌電車已開通運營的線路長度為356.72km，正在建設(shè)的線路長度約380km，規(guī)劃線路長度約700km。

氫能源電池技術(shù)的日益成熟，目前已在有軌電車領(lǐng)域得到了應用。如佛山市高明現(xiàn)代有軌電車試驗線已建成，氫能源有軌電車車輛已接車調(diào)試，佛山市里水有軌電車示范線工程已立項。氫能源有軌電車是采用氫燃料電池作為動力源的有軌電車車輛，具備續(xù)航里程長、零排放、無污染、噪聲低、全線無網(wǎng)等優(yōu)勢。

由于采用氫燃料電池系統(tǒng)，車輛段的工藝流程、維修設(shè)施設(shè)置、維修設(shè)備配置都與其他有軌電車項目有較大的不同，因此需要對車輛段工藝進行研究。

2 特點

2.1 供電制式

氫能源有軌電車采用氫動力系統(tǒng)與鈦酸鋰電池供電，氫動力系統(tǒng)主要包括燃料電池子系統(tǒng)、儲氫子系統(tǒng)、冷卻子系統(tǒng)、DC-DC電源裝置、動力電池和燃料電池能量控制系統(tǒng)等。其中，儲氫子系統(tǒng)為燃料電池供應氫氣，包含氫氣的加注、儲存和供給。目前，氫能源有軌電車儲氫系統(tǒng)配置6個儲氫氣瓶，額定工作壓力為35MPa，額定充裝體積為840L，加滿后共儲存氫氣20kg，續(xù)航里程可達80～100km。

為防止儲氫瓶氫氣泄漏，儲氫系統(tǒng)具備超溫檢測、超壓檢測、溫度壓力檢測、限流保護、低壓放空、泄漏檢測、緊急關(guān)斷、防碰撞、防火災、防氫氣聚集等安全措施。

2.2 修程修制

目前尚無氫能源有軌電車的修程修制，那么根據(jù)氫能源有軌電車車輛的維修手冊，建議的修程及檢修周期如表1所示。

3 功能

氫能源有軌電車車輛段是有軌電車車輛日常維護和保養(yǎng)的場所，主要承擔有軌電車車輛各修程的維修任務(wù)，另外還負責車輛段及全線的物資供應、綜合維修、事故救援，并包含培訓中心、控制中心等機構(gòu)。

氫能源有軌電車車輛由于需要加氫作業(yè)，因此需要設(shè)置加氫站。目前，加氫站的設(shè)置有2種方式：①設(shè)置在車輛段內(nèi)，因此車輛段還應具備加氫功能;②利用社會化的加氫站（即加氫站不在車輛段內(nèi)）。2種方式均需要在加氫站設(shè)置加氫股道。

4 工藝流程

氫能源有軌電車車輛在運行過程中，需要根據(jù)運行里程和時間補充氫氣。按目前45 MPa加氫站，加滿1列車（儲氫瓶容量840 L）需要10～15 min，遠遠大于系統(tǒng)發(fā)車間隔3min。另外，雖然車輛動力系統(tǒng)采用鈦酸鋰電池作為輔助，可單獨為列車提供牽引動力，維持列車運行至加氫站加氫，但是為了不影響第2天的正常運營，需要在當天列車退出運營回車輛段時，加滿氫氣后再入庫停放。

車輛檢修時，為保證檢修作業(yè)安全，需要將儲氫瓶的氫氣用氮氣置換，然后用公鐵兩用車牽引入庫檢修。

當加氫站設(shè)置在車輛段內(nèi)時，車輛運用、檢修作業(yè)流程如圖1所示。

當加氫站設(shè)置在車輛段外時，車輛運用、檢修作業(yè)流程如圖2所示。

5 設(shè)備設(shè)施配置

氫能源有軌電車車輛段的主要設(shè)施包括生產(chǎn)設(shè)施、輔助生產(chǎn)設(shè)施和生活辦公設(shè)施等。其中生產(chǎn)設(shè)施主要有停車列檢庫、月檢庫、定臨修庫、加砂庫、洗車庫、鏇輪庫、試車線、加氫站、綜合維修、物資總庫和輔跨車間等;輔助生產(chǎn)設(shè)施主要有牽引變電所、給水加壓站、污水處理站和特種材料庫;生活辦公設(shè)施主要有綜合辦公樓、食堂和浴室等。由于生產(chǎn)設(shè)施的加砂、洗車、鏇輪、試車線、綜合維修、物資總庫及輔助生產(chǎn)設(shè)施和生活辦公設(shè)施與普通車輛段的差別不大，本文不再詳細分析。大架修設(shè)施，除氫動力系統(tǒng)為特種裝備須委外檢修外，其他零部件檢修設(shè)施與既有大架修設(shè)施相同。

5.1 停車列檢庫

5.1.1 任務(wù)及工作范圍

（1）承擔有軌電車車輛的停放、運用、整備作業(yè)。

（2）承擔列車進、出庫的技術(shù)交接、檢查和測試工作。

（3）承擔車輛段運用車輛司乘人員出、退勤技術(shù)交接工作。

（4）承擔車輛段運用車輛的功能檢查、技術(shù)檢查和一般性臨時故障的處理工作。

（5）承擔車輛段運用車輛的內(nèi)部清掃及定期消毒工作。

5.1.2 主要設(shè)備配置

（1）由于庫內(nèi)停放的都是充滿氫氣的有軌電車車輛，日檢人員在進入庫內(nèi)作業(yè)前，需要進行靜電消除，因此，在入庫端需設(shè)置靜電消除裝置。

（2）為確保日檢人員對車頂電氣設(shè)備及氫動力系統(tǒng)的巡檢，需要設(shè)置車頂作業(yè)平臺及氫氣檢測儀。

（3）為防止一般人員上車頂，需要在平臺上設(shè)置安全連鎖系統(tǒng)。為方便工作人員上下列車，每列位首尾均設(shè)置固定式司機上車平臺。

（4）檢查坑內(nèi)設(shè)帶防爆功能的安全照明、安全電壓照明插座及動力插座。

（5）庫內(nèi)設(shè)有線廣播，以方便作業(yè)調(diào)度并利于列車出入庫安全。庫內(nèi)適當位置設(shè)拖布池，以便于車內(nèi)清掃及庫內(nèi)地面清潔作業(yè)。

5.2 月檢庫

5.2.1 任務(wù)及工作范圍

月檢庫承擔有軌電車車輛的雙周、三月檢工作。對車輛進行全面技術(shù)檢查和必要的檢測，主要對司機室電器、車載通信信號設(shè)備、轉(zhuǎn)向架、控制系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、輔助電源系統(tǒng)、牽引系統(tǒng)、客室設(shè)施、空調(diào)、氫動力系統(tǒng)進行全面檢查、清潔，并對部分設(shè)備進行檢測及更換易損件。

5.2.2 主要設(shè)備配置

月檢庫內(nèi)每股道設(shè)置柱式檢查坑，坑內(nèi)設(shè)照明和動力插座，檢修列位兩側(cè)設(shè)車頂作業(yè)平臺。月檢庫內(nèi)設(shè)有線廣播，以方便作業(yè)調(diào)度并保證列車出入庫安全。為便于技術(shù)檢查、檢測、部件的更換和運輸，月檢庫內(nèi)配置了靜調(diào)電源柜、蓄電池叉車等設(shè)備。

5.3 定臨修庫

5.3.1 任務(wù)及工作范圍

定臨修庫主要承擔車輛的定修任務(wù)及臨時故障處理工作。

5.3.2 檢修內(nèi)容及工藝流程

（1）定修作業(yè)。根據(jù)車輛定修規(guī)程對車輛進行全面技術(shù)檢查，主要包括檢查牽引及制動系統(tǒng)、氫動力系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向架及走行部分、車門及其控制系統(tǒng)、空調(diào)裝置等。對需檢修的部件進行拆卸更換，對蓄電池進行補液、充電或更換，對齒輪箱、軸箱進行檢查、補油、測試。最后對車輛進行靜、動態(tài)調(diào)試。

（2）臨修作業(yè)。對車輛的臨時故障進行檢修，更換需檢修的轉(zhuǎn)向架及其他大型部件。

（3）主要工藝流程。列車清洗—氫氣置換—列車送定修、臨修庫—系統(tǒng)測試—故障部件檢修、更換—電池充電或更換—齒輪箱、軸箱補油—列車全面測試—單元車、整列車靜調(diào)—出庫—注入氫氣—列車上試車線動調(diào)—交驗—出庫。

5.3.3 主要設(shè)備配備

定臨修庫內(nèi)分別設(shè)10t、2t電動單梁橋式起重機各1臺。臨修庫為了方便臨修架車，設(shè)移動式架車機（ 架1列車）1套。定修線設(shè)置柱式檢查坑，坑內(nèi)設(shè)照明和動力插座，庫內(nèi)股道兩側(cè)設(shè)低地面，設(shè)計標高-1.2m，定修臺位兩側(cè)設(shè)車頂作業(yè)平臺。

5.4 加氫站

加氫站是為有軌電車提供氫氣的重要設(shè)施。加氫站的選址、規(guī)模，以及加氫股道的設(shè)置數(shù)量直接影響運營的效率。

5.4.1 加氫站選址

目前，加氫站的設(shè)置有設(shè)置在車輛段內(nèi)和單獨選址（即車輛段外）2種方式。從加氫作業(yè)及有軌電車車輛運營管理的便利性出發(fā)，推薦將加氫站設(shè)置在車輛段內(nèi)。但是，車輛段內(nèi)設(shè)置加氫站，需要考慮加氫站與其他房屋的消防間距，用地需要考慮充足。

5.4.2 加氫站規(guī)模

根據(jù)GB 50516-2010《加氫站技術(shù)規(guī)范》，加氫站等級劃分為3級，如表2所示。該規(guī)范規(guī)定城市建成區(qū)不應建設(shè)一級加氫站;個別城市還規(guī)定，一、二級加氫站均不應設(shè)置在城市建成區(qū)。

有軌電車加氫站設(shè)計，在前期階段，每日用氫量可利用日車公里數(shù)進行估算;詳細設(shè)計階段，可利用全日行車運行圖進行詳細牽引計算。

5.4.3 加氫股道的設(shè)置

為確保有軌電車加氫，需要在加氫站內(nèi)或附近設(shè)置加氫股道，由于車輛加氫口位于車頂，需要在加氫股道間設(shè)置加氫島。加氫股道的設(shè)置，需根據(jù)行車間隔、加氫作業(yè)時間統(tǒng)籌考慮。

6 結(jié)束語

氫能源作為清潔能源是未來發(fā)展的一個趨勢，而氫能源有軌電車是近年來的一個重大的技術(shù)創(chuàng)新，目前已在佛山高明得到應用。采用氫燃料電池作為牽引動力，有軌電車車輛需要設(shè)置儲氫系統(tǒng)，這對有軌電車車輛段的工藝設(shè)計提出了更高的要求，如車輛段需要考慮加氫設(shè)施，工藝流程發(fā)生了較大的變化，設(shè)備配置需要考慮作業(yè)環(huán)境的安全性，等等。本文調(diào)研了國內(nèi)氫能源有軌電車車輛的相關(guān)技術(shù)，分析了氫能源有軌電車車輛的特點，討論了氫能源車輛段的功能、檢修工藝流程和主要的設(shè)備設(shè)施配置，以供參考。

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收稿日期 2019-11-02

責任編輯 黨選麗